Wärme speichern: Kachelofen, Lehm und Wasser

Wärmekapazität: warum Wasser so viel Wärme hält

Jeder Stoff braucht eine bestimmte Energie, um wärmer zu werden – und gibt genau diese Energie beim Abkühlen wieder her. Das Maß dafür ist die spezifische Wärmekapazität: die Energie, die ein Kilogramm eines Stoffes um ein Kelvin, also um ein Grad, erwärmt. LEIFIphysik, das Physikportal des FWU Instituts für Film und Bild, nennt für Wasser rund 4.190 Joule je Kilogramm und Kelvin, also 4,19 kJ/(kg·K), und bezeichnet das als sehr hohen Wert.

Gesteine und Baustoffe liegen deutlich darunter. Das EnArgus-Wiki, ein Portal des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie, nennt als Richtwerte für Granit 0,79, für Vollziegel 0,84, für Beton 0,88 und für Boden 0,8 kJ/(kg·K). Ein Kilogramm Wasser speichert je Grad also rund fünfmal so viel Wärme wie ein Kilogramm Granit.

Wie viel Wärme in einem Speicher steckt, lässt sich überschlagen: Wärmekapazität mal Masse mal Temperaturunterschied. Ein Rechenbeispiel: 10 Liter Wasser, die von 50 auf 20 °C abkühlen, geben 4,19 × 10 × 30 = rund 1.260 kJ ab, das sind etwa 0,35 kWh. 10 Kilogramm Granit geben bei derselben Abkühlung nur rund 240 kJ ab.

Masse zählt: warum Stein trotzdem gut speichert

Der Wert je Kilogramm ist nur die halbe Wahrheit. EnArgus weist darauf hin, dass für die Wärmespeicherung eines Baustoffs die Rohdichte genauso zählt: Beide zusammen ergeben die Wärmespeicherzahl je Volumen. Holz hat je Kilogramm mit 1,7 kJ/(kg·K) einen hohen Wert, ist aber leicht – je Kubikzentimeter speichert es nur 0,68 bis 1,36 J/K. Granit kommt auf 2,01 bis 2,22 J/K, Beton auf 1,58 bis 2,16 J/K.

Rechnet man für Wasser mit etwa einem Kilogramm je Liter, ergeben sich rund 4,19 J/K je Kubikzentimeter – je Volumen also etwa doppelt so viel wie Granit. Wasser bleibt damit der beste einfache Speicher, aber eine massive Steinwand hat so viel Masse, dass sie trotzdem große Wärmemengen hält.

Laut EnArgus kühlt ein Baustoff mit hoher Wärmekapazität nur langsam aus und sorgt so für ein gleichbleibendes Raumklima. Die Kehrseite folgt aus derselben Rechnung: Was lange warm bleibt, braucht auch lange, bis es warm ist. Eine völlig ausgekühlte Steinwand erst aufzuheizen, kostet viel Brennstoff.

Der Grundofen: eine Stunde Feuer, lange Wärme

Der Kachel- oder Grundofen ist der klassische Wärmespeicher im Haus. Das Umweltbundesamt beschreibt ihn in seinem Ratgeber „Heizen mit Holz“ so: Grund- oder Speicheröfen besitzen eine große Speichermasse aus Kacheln, Zementputz, Ton, Schamotte oder Speckstein. In der Abbrandphase, etwa eine Stunde lang, laufen sie mit voller Leistung.

Die heißen Abgase geben ihre Wärme auf dem Weg zum Schornstein an die Speichermasse ab. Deren große Oberfläche wird dabei nur vergleichsweise mäßig warm und gibt die gespeicherte Wärme über einen langen Zeitraum mit geringer Leistung ab, überwiegend als Wärmestrahlung. Ein Glutbett mit gedrosselter Luft stundenlang zu halten, ist laut UBA meist nicht nötig; deshalb sind die Emissionen relativ gering, und ein Überheizen der Räume kommt kaum vor.

Nicht jeder Kachelofen ist ein Speicherofen. Warmluftkachelöfen bestehen laut UBA aus einem Heizeinsatz mit meist metallischem Heizgaszug; sie erwärmen die Raumluft über Luftkanäle, haben weniger Speichermasse und geben nach dem Anheizen schneller Wärme ab. Wie lange ein bestimmter Ofen nachwärmt, hängt von seiner Bauart ab – eine feste Stundenzahl nennt das UBA nicht, und du solltest keiner pauschalen Angabe trauen.

Ein vorhandener Grundofen ist deshalb ein großer Vorteil: Er macht aus einer kurzen, kräftigen Feuerung lange, gleichmäßige Wärme. Voraussetzung ist trockenes Holz – wie du es trocknest und spaltest, steht im Artikel „Brennholz: trocknen, spalten, Brennwert richtig einschätzen“. Warum ein Ofen mit Naturzug auch ohne Strom arbeitet, erklärt „Welche Heizung läuft bei Stromausfall?“.

Speichermassen im Haus: Lehm, Stein, Wasser

Nicht nur der Ofen speichert. Jede massive Wand, jeder Steinboden und jede Lehmwand im warmen Raum nimmt Wärme auf und gibt sie zeitverzögert wieder ab. Lehm ist ein Gemisch aus Kies, Sand, Schluff und Ton; für Sand nennt EnArgus 0,835 und für Boden 0,8 kJ/(kg·K). Einen eigenen Wert für Lehm enthalten die hier genutzten Quellen nicht – er liegt wegen seiner Bestandteile vermutlich in dieser Größenordnung. Wie man mit Lehm baut, steht im Artikel „Bauen mit dem, was da ist: Lehm, Stroh, Holz“.

Entscheidend ist, wo die Masse liegt. Speichermasse hilft nur, wenn sie im warmen Bereich liegt und Wärme bekommt – von der Sonne, vom Ofen oder von den Menschen im Raum. Eine Steinwand im ungeheizten Nebenraum bleibt kalt und kühlt die angrenzenden Räume mit aus.

Wasser ist der einfachste Speicher, den du bewegen kannst. Ein großer Topf Wasser, der ohnehin auf dem Ofen steht, oder Behälter im Sonnenfleck am Fenster nehmen tagsüber Wärme auf und geben sie abends wieder ab. Nach demselben Prinzip arbeitet die Kochkiste: Ein heißer Topf in einer gut gedämmten Kiste gart mit der gespeicherten Wärme weiter – mehr dazu im Artikel „Kochkiste und Heukiste: garen mit Restwärme“.

Sonne einfangen, Wärme halten

Die billigste Wärmequelle ist die Sonne. Fenster nach Süden lassen im Winter tagsüber Strahlung herein, die Boden, Wände und Möbel erwärmt. Öffne deshalb an sonnigen Tagen Vorhänge und Läden an der Südseite und schließe sie, sobald die Sonne weg ist. Eine dunkle Steinfläche oder ein paar Wasserbehälter im Sonnenfleck nehmen die Wärme auf.

Speichern lohnt nur, wenn die Wärme anschließend nicht durch Fenster und Ritzen verschwindet. Welcher Raum sich eignet, wie du Türritzen abdichtest, warum Rollläden und Vorhänge nachts zu gehören und warum ein kleines Zelt im Zimmer hilft, steht ausführlich im Artikel „Warm bleiben ohne Heizung“. Hier nur der Tagesablauf, der Speichern und Halten verbindet:

• Morgens: Läden und Vorhänge an der Südseite öffnen, Wasserbehälter und dunkle Flächen in die Sonne.
• Nachmittags: alles schließen, sobald die Sonne vom Fenster weg ist.
• Abends: einen Speicherofen einmal kräftig abbrennen lassen, statt Glut stundenlang zu halten.
• Nachts: alle im Raum mit der Speichermasse, Türen zu den kalten Räumen zu.

Wärmflasche und heiße Steine: Wärme, die verbrennen kann

Die Wärmflasche nutzt die hohe Wärmekapazität des Wassers direkt am Körper. Das Deutsche Rote Kreuz rät, kein kochendes Wasser einzufüllen und die Flasche in ein Tuch zu wickeln, damit sie nicht direkt auf der Haut liegt. Schraube den Verschluss fest zu und prüfe vor jedem Gebrauch, ob die Flasche dicht ist.

Heiße Steine oder Ziegel sind die ältere Form. Weil Stein je Kilogramm weniger Wärme hält als Wasser, braucht er für dieselbe Wärme mehr Masse oder eine höhere Temperatur – und eine höhere Temperatur heißt höhere Verbrennungsgefahr. Für Steine gilt deshalb dieselbe Regel wie für die Wärmflasche: nur gut eingewickelt ins Bett, nie direkt auf die Haut.

Besonders vorsichtig sein musst du bei Menschen, die Hitze schlecht spüren oder nicht selbst wegrücken können: Säuglinge, Kleinkinder, Pflegebedürftige. Und bei Verdacht auf Unterkühlung gehört keine Wärmflasche an den Körper – das erklärt der Artikel „Warm bleiben ohne Heizung“ nach den Hinweisen des DRK.

Hat sich doch jemand verbrannt oder verbrüht, rät das DRK: die Stelle sofort mindestens 20 Minuten mit kühlem, nicht eisigem Wasser kühlen, locker und keimfrei abdecken, Brandblasen nicht öffnen und ärztliche Hilfe holen. Bei Säuglingen, Kleinkindern und großen Flächen ist beim Kühlen Vorsicht geboten, weil sie leicht unterkühlen.

Ofen, Kohlenmonoxid und Recht

Wasser, Stein und Lehm sind harmlose Speicher – gefährlich wird es dort, wo sie mit Feuer geladen werden. Das Umweltbundesamt weist darauf hin, dass bei der Verbrennung von Holz giftiges Kohlenmonoxid entsteht. Ein Ofen ist deshalb nur so sicher wie sein Abgasweg: Schornstein, Anschluss und Zug müssen stimmen.

Darum regelt das Recht die Inbetriebnahme. In Bayern dürfen Feuerstätten nach Art. 78 Abs. 3 der Bayerischen Bauordnung erst in Betrieb genommen werden, wenn der bevollmächtigte Bezirksschornsteinfeger die Tauglichkeit und die sichere Benutzbarkeit der Abgasanlagen bescheinigt hat; die anderen Länder regeln das in ihren eigenen Bauordnungen. Bundesweit verlangt § 4 der 1. BImSchV, dass Feuerungsanlagen für feste Brennstoffe nur in ordnungsgemäßem technischem Zustand und nur mit Brennstoffen betrieben werden, für die sie laut Hersteller geeignet sind.

Wer eine handbeschickte Feuerungsanlage für feste Brennstoffe errichtet oder von einem anderen Betreiber übernimmt, muss sich nach derselben Vorschrift innerhalb eines Jahres vom Schornsteinfeger beraten lassen – zur Bedienung, zur Lagerung des Brennstoffs und zum Umgang mit festen Brennstoffen. Die Feuerstättenschau macht der bevollmächtigte Bezirksschornsteinfeger laut UBA zweimal in sieben Jahren. Einen stillgelegten Ofen lässt du deshalb vor dem Ernstfall prüfen, nicht in ihm.